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自動(dòng)呼吸控制比手動(dòng)方式呼吸更經(jīng)濟有效

作者： 時(shí)間：2010-02-08 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò ) 收藏
選擇合適的MCU

有很多MCU可以滿(mǎn)足這個(gè)系統的要求。飛思卡爾的 MC9S08QG4 （S08QG）設備既可以滿(mǎn)足系統所需的特性，同時(shí)在價(jià)格上也有優(yōu)勢。MC9S08QG4特性見(jiàn)圖2。該處理器將飛思卡爾S08核的優(yōu)勢延伸到了低引腳數、小封裝的領(lǐng)域。S08QG設備是低功耗產(chǎn)品，可以在低至1.8 V 的供電電壓時(shí)對片上閃存進(jìn)行擦寫(xiě)操作，它具有所有S08 MCU 的標準特性，包括等待模式和多種停止模式，以及模擬外設能力、串行通訊能力、片上溫度傳感器和較多的內存選項。

系統的功能描述

脈搏測氧法是一種非介入技術(shù)，它使用光波來(lái)測量病人血液中氧氣的飽和度。這一過(guò)程采用了一種叫做脈搏血氧定量計的設備，這是一種可攜帶的、低成本的設備，它包括一個(gè)Spo2傳感器和可通訊DB-9接頭。在Spo2 Y 型傳感器一端有兩個(gè)發(fā)光二極管（LED），在另一端有一個(gè)光探測器。這個(gè)傳感器通常被連接在指尖，這樣光就能完全穿過(guò)組織到達光探測計。

從LED發(fā)出的光線(xiàn)有兩種波長(cháng)傳播：660nm （紅光）和 915nm（紅外光），它們分別對應氧血紅蛋白和總血紅蛋白。探測計捕捉到從LED發(fā)出的光，脈搏血氧定量計處理紅光和紅外光之間吸收率的差異。測量?jì)x內的MCU能測出動(dòng)脈脈搏讀數并計算出氧氣飽和度。

從脈搏血氧計讀出的Spo2值能通過(guò)連接到S08QG的串行接口（SCI）被傳遞到自動(dòng)呼吸系統，該系統使用了標準的串行協(xié)議，它由一種商業(yè)化血氧計的規格所定義。從脈搏血氧計出來(lái)的數據通過(guò)SCI接口被連續傳送到呼吸系統。

數據由S08QG處理，根據處理的結果通過(guò)控制步進(jìn)電機來(lái)控制氧氣呼吸設備的運轉。

針對不同種類(lèi)步進(jìn)電機的控制軟件是基于不同頻率或壓力流來(lái)進(jìn)行控制的：

不同頻率從時(shí)間脈沖中獲得信息來(lái)控制希望的步數；

壓力流控制意味著(zhù)電機能進(jìn)行復雜的運轉步，具有大力矩的運轉步（雙步），改變方向和不改變位置的運轉步（抑制步）。

圖3展示了一個(gè)簡(jiǎn)單的方法，通過(guò)S08QG來(lái)實(shí)現步進(jìn)電機控制。



圖3 通過(guò)S08QG實(shí)現步進(jìn)電機控制

步進(jìn)電機的一個(gè)顯著(zhù)特性是最大電流損耗為20mA。電機提供的力矩并不大，最大靜態(tài)力矩是4mNm，最大動(dòng)態(tài)力矩是1.3 mNm。但是它的力量足夠運轉標準化的計量器。S08QG MCU的驅動(dòng)電流達到25mA， 所以很適合這種應用。電機被直接連接到MCU的端口A(yíng) 或端口B，基于先前的條件，只需要很小的外接電路（見(jiàn)圖1）。系統需要VCC，GND和電機控制信號，不需要附加外部的電子元件。

氧氣呼吸設備有三個(gè)簡(jiǎn)單的控制手柄，他們控制吸入的氣流和每分鐘的呼吸次數。一個(gè)手柄根據病人的身材和體重控制適當的呼吸，第二個(gè)手柄控制每分鐘所需要的呼吸次數，第三個(gè)手柄控制氧氣流的壓力。在這個(gè)特殊的系統設計中，第二和第三個(gè)手柄是由步進(jìn)電機自動(dòng)控制的。

軟件程序根據由脈搏血氧計通過(guò)SCI接口傳來(lái)的 氧氣飽和度計算步進(jìn)電機的運動(dòng)。氧氣飽和度數字為醫生提供了必要的信息來(lái)進(jìn)行一系列比較，從而得出安全的范圍，如表1所述。頻率規定了每秒鐘的電機步數，這決定了電機旋轉有多快。電機的物理限制決定了它們的運行頻率。一些電機因為應用于特殊用途，在10Hz 到 500Hz 之間運行，而另外一些能夠在千赫茲的范圍內運行。對于這個(gè)系統而言，最大頻率是 100Hz，但為了在手術(shù)中更容易被醫生使用，它被設定為 50Hz。

表1 氧氣飽和度安全范圍



結論

自動(dòng)化呼吸控制系統是一個(gè)低成本的對人工呼吸控制的可選方案，它以最小的人為干預為嬰兒和手術(shù)中的其他病人提供了可靠的呼吸機制。這個(gè)概念很簡(jiǎn)單：脈搏血氧計依靠SCI串行接口提供氧氣飽和度數據，系統完成其余的所有工作。它使醫生能集中精力于病人的護理上，可被用于通用外科手術(shù)、兒科和新生兒護理，甚至獸醫門(mén)診。
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